熱電材料ナノワイヤーアレイの合成と評価

化石燃料に頼るエネルギー供給は今や転換期を迎えており、次世代を担うクリーンエネルギーの創出は焦眉の急である。本研究は、ナノ熱電材料の新たな低温合成法の確立を目指し企画された。固体表面に低速イオンを照射し、表面原子をはぎ取るスパッタリングは、一般的には破壊過程として知られる。しかしながら、イオン照射時に、新たな元素を極少量連続的に供給することで、破壊過程に「成長過程」が加味され、ナノ材料合成法、ナノ構造形成法としての利用が可能である。本研究では、このイオン照射法を用い、熱電材料として知られるSi-Ge合金のナノワイヤーアレイ(NWA)を始めとする、種々の1次元NWAを作製する技術を確立し、物性データの蓄積を図る。1.Si-Ge系ナノワイヤーアレイ(NWA)最適合成条件の確立:Ge系ナノ構造体では、触媒となる金属の融点によって、形成されるNWAのサイズ制御が可能であることを見出した。形成されるNWAの結晶性は、Geの格子縞が観察されるほど良い状態が保たれていた。また、Si系については、基板面に沿ったいわゆる水平配列形成の検討も行い、形成の触媒種依存性を見出すことができた。2.その他の1次元熱電材料の探索:炭素系NWAに関して、非炭素系基板上への直接合成を実証し、合成パラメータの制御によって、形態、サイズ、組成の可制御性を示すことができた。酸化物半導体系では、異種元素供給を伴うイオン衝撃法によって、p型/n型の制御が可能であることを明らかにした。3.1次元材料特性解析装置の開発:NWAの形状観察、個々のナノワイヤーの熱特性計測が可能なシステム構築のため、炭素系/金属、あるは、金属/炭素/別の金属という異種材料接合からなるバイメタル様1次元探針を実現した。

化石燃料に頼るエネルギー供給は今や転換期を迎えており、次世代を担うクリーンエネルギーの創出は焦眉の急である。本研究は、ナノ熱電材料の新たな低温合成法の確立を目指し企画された。固体表面に低速イオンを照射し、表面原子をはぎ取るスパッタリングは、一般的には破壊過程として知られる。しかしながら、イオン照射時に、新たな元素を極少量連続的に供給することで、破壊過程に「成長過程」が加味され、ナノ材料合成法、ナノ構造形成法としての利用が可能である。本研究では、このイオン照射法を用い、熱電材料として知られるSi-Ge合金のナノワイヤーアレイ(NWA)を始めとする、種々の1次元NWAを作製する技術を確立し、物性データの蓄積を図る。1.Si-Ge系ナノワイヤーアレイ(NWA)最適合成条件の確立:Ge系ナノ構造体では、触媒となる金属の融点によって、形成されるNWAのサイズ制御が可能であることを見出した。形成されるNWAの結晶性は、Geの格子縞が観察されるほど良い状態が保たれていた。また、Si系については、基板面に沿ったいわゆる水平配列形成の検討も行い、形成の触媒種依存性を見出すことができた。2.その他の1次元熱電材料の探索:炭素系NWAに関して、非炭素系基板上への直接合成を実証し、合成パラメータの制御によって、形態、サイズ、組成の可制御性を示すことができた。酸化物半導体系では、異種元素供給を伴うイオン衝撃法によって、p型/n型の制御が可能であることを明らかにした。3.1次元材料特性解析装置の開発:NWAの形状観察、個々のナノワイヤーの熱特性計測が可能なシステム構築のため、炭素系/金属、あるは、金属/炭素/別の金属という異種材料接合からなるバイメタル様1次元探針を実現した。